为什么一种物质可以吸收多种波长，不是ΔE=hv吗？ 第1页

不错的问题。的确，对于一个能级差，如果吸收一个光子的话，计算方法是

但是，为何还能吸收很多种波长呢？这是因为：

1. 会有不同的自由度、不同的键、不同环境的电子；
2. 对于同一种自由度，也会有不同的能级；
3. 对于同一种自由度和能级，也可能会吸收不同个数的光子；
4. 就算对于同一种自由度和能级，吸收相同数的光子，这个吸收还会有展宽。

1、不同的自由度

对于一个分子，其中会有各种各样不同的自由度——可以平动、转动、振动，此外分子中还有外层电子、内层电子，原子中还有原子核。

比如对于一个水分子，它可以转动和天平动，对应的能量吸收在微波和远红外区域

它还可以振动，对应的能量吸收在中红外区域

它的外层电子也可以吸收能量跃迁，对应的是紫外区域；它的内层电子跃迁则对应X射线区域；它的原子核能量跃迁对应伽马射线区域。

稍微具体一点的可以参考我的这个回答

此外，分子中还会有不同的键、不同环境的电子。比如HOD中O-H键和O-D键的振动吸收就不同，分子中 键的电子和 键电子的吸收也会不同。

2、不同的能级

哪怕只考虑一种自由度，也会有很多种不同的能级。比如有基态、第一激发态、第二激发态、第三激发态……从基态跃迁至第二激发态及以上的被称作overtone

我们再度来拿水分子举例。虽然水的振动吸收是在中红外区域，但是overtone的吸收却可以到可见光区域。能量较高的蓝光需要更高阶次的overtone，所以发生概率较红光的低。因此，水会吸收更多的红光和更少的蓝光，因此显现蓝色。具体讨论可见下面的回答链接。（水是浅蓝色的这一点是事实，不相信的请自行查阅文献^[1]，本人不接收任何反驳）

3、可能会吸收不同数目的光子（非线性过程）

比如一个分子可以吸收400 nm的光，那么如果用800 nm的光照射并且强度足够的话，是有可能会发生双光子吸收的。包括上面的水呈蓝色的情况也是一个例子——可以吸收一个可见光光子，或者多个中红外光子。

4、吸收会有展宽

哪怕只有两个能级之间跃迁，吸收依然会有一定的宽度的。涉及到Homogeneous Broadening和Inhomogeneous Broadening，这个讨论起来就又要长篇大论了，请自行阅读这篇回答。

总而言之，对于一个体系，不会只吸收一种波长的。因为分子中往往有不同的自由度、不同的键、不同环境的电子；哪怕这些都一样，还会有不同的能级；计算能级都一样，还会有多光子吸收，甚至还有展宽的过程。

参考

1. ^ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/col.5080120105